Перспективы применения армированных базальтовыми волокнами композиционных материалов в судостроении.

Перспективы применения армированных базальтовыми волокнами композиционных материалов в судостроении.

Выполнил:

преподаватель Резник Алеся Сергеевна

Одной из самых актуальных задач во многих отраслях промышленности в мире в целом, и в России в частности является снижение металлопотребления .

Разработка и использование инновационных конструкционных материалов — определяющая тенденция, в том числе и в современном судостроении. Даже самое гениальное конструкторское решение лимитируется характеристиками и возможностями конструкционных материалов.

Современное кораблестроение предполагает применение сотен марок судостроительных материалов, различающихся как по составу, так и по физической природе.

Судостроительные материалы должны удовлетворять довольно жестким, часто противоречащим друг другу требованиям, таким как обеспечение минимальной массы конструкций, максимальной прочности, жесткости,

надежности и долговечности при работе в тяжелых условиях нагружения, в том числе при высоких и низких температурах и в агрессивных средах.

Перспективным направлением развития судостроения является применение различных композиционных материалов.

Они относятся к группе высокотехнологичных материалов и успешно конкурируют с конструкционными металлическими материалами - алюминием, титаном, сталью и др.

Композиционные материалы являются приоритетными для использования, в том числе и в современном судостроении, поскольку они создаются под конкретные цели, с определенной жесткостью, плотностью, прочностью, износоустойчивостью, в то время как другие материалы уже имеют свои физико-технологические и химические характеристики.

В настоящее время на зарубежных и отечественных судостроительных предприятиях успешно используются стекло- и углепластики, имеющие ряд неоспоримых преимуществ перед металлическими материалами.

В последние годы большой интерес проявляется к довольно новому виду материалов – композиционным материалам, армированным базальтовыми волокнами. Базальтопластик — современный композитный материал на основе базальтовых волокон и органического связующего.

В качестве исходного сырья для волокон служат базальты - магматические горные породы. Базальты содержит по массе: 45-53% SiO2, 10-20% A12O3. До 20% окислов железа, магния, натрия и калия.

Технологический процесс производства волокон из базальта сравнительно прост и заключается в плавлении породы в ванных печах при температуре 1200 - 1400 градусов по Цельсию, после чего из гомогенизированного расплава методом одностадийной вытяжки формируются волокна.

Базальтовые породы – однокомпонентное сырье, обогащение, плавление и гомогенизация которых, произведены в результате древней вулканической деятельности. В отличии от сырья для производства стекла базальт это уже готовое природное сырье для производства волокон. 

Базальт - это уникальный материал, обладающий высокими прочностными, тепло- и звукоизоляционными свойствами. Он практически не реагирует на перепады температур, устойчив во всех агрессивных средах.

Промышленные технологии и оборудование для производства НБВ были запушены к средине 80-х годов. В 90-х годах НБВ производилось уже на двух предприятиях. К концу 90-х годов были построены еще два производства в Грузии и Казахстане.

Для производства непрерывных базальтовых волокон используют базальтовые породы следующего диапазона химического состава, представленные в таблице 1

Химический состав

SiO2

Минимальный %

Максимальный .%

Al2O3

45

Fe2O3

60

12

FeO

CaO

19

5

MgO

15

6

TiO2

12

3.0

Na2O

7

0.9

K2O

2.5

Прочие примеси

2.0

6.0

2.0

3.5

В таблице 2 приведены сравнительные характеристики свойств стеклопластиков и базальтопластиков.

Долговечность, коррозионная, щелоче- и кислотостойкость, стабильность состояния — вот следующие чрезвычайно важные свойства базальтопластика. Изделия из этого материала служат более 100 лет без потери качеств.

Термо- и огнестойкость. Он выдерживает длительное воздействие температуры до 700°С и кратковременное воздействие до 1000°С

Исходя из данных таблицы, можно сделать вывод, что свойства базальтопластиков несколько выше, чем свойства стеклопластика. В настоящее время они являются альтернативой стеклянным волокнам. В некоторых случаях, исходя из экономических соображений, гораздо эффективнее армировать пластики базальтовыми волокнами, чем стеклянными. Базальтовые волокна считаются химически более стойкими, чем волокна из Е-стекла.

Технологические достижения последних лет позволили существенно снизить себестоимость производства базальтового волокна до уровня производства стеклянных волокон.

Коррозионная стойкость базальтовых волокон в воде существенно выше стеклянных, что делает базальтопластик перспективным материалом для судостроительной отрасли.

Базальтовое волокно является перспективным материалом в качестве армирующей добавки, поскольку оно имеет относительно более высокую прочность на разрыв.

Полимерные композиты на основе стеклянных и базальтовых волокон имеют сходную устойчивость к удару, кроме того их послеударные остаточные свойства не сильно отличаются, с небольшим преимуществом композитов, армированных базальтовым волокном. Основное различие заключается в наличии более протяженной области расслаивания стекловолоконных (Е - стекло) слоистых материалов, по сравнению с армированными базальтовыми волокнами.

На некоторых верфях довольно успешно используются базальтопластики. Созданы и эксплуатируются топливные баки, шары-баллоны, корпусы ракетных двигателей, аккумуляторы давления, дыхательные баллоны для подводников из композитов, армированных базальтовыми волокнами.

Также учитывая превосходные свойства базальта, на основе базальтовых волокон могут быть успешно изготовлены композиционные материалы стойкие к воздействию морской воды, теплозвукоизоляция судовых установок, оборудования, теплоизоляционные плиты для

корпусов кораблей, переборок, конструкционные материалы; использование подобных композитов в малом судостроении – конструкции корпусов судов, надстроек; коррозионностойкие, армированные лакокрасочные покрытия корпусов кораблей, судовых надстроек (непрерывные волокна, плиты и картоны на основе БВ).

Интересный факт применения базальтопластика в судостроении

Яхта Open 16 Fipofix, длиной всего 5,6 метра, дважды пересекла Атлантический океан, побив сразу два рекорда: заплыв на 5608 морских миль без остановки и посторонней помощи, а также пересечение океана на самой маленькой яхте.

В компании уверены, что нашли наилучший материал для применения в условиях бурного открытого моря. Во время путешествия из Европы в Северную Америку и обратно яхта Open 16 Fipofix прошла в общей сложности 10 тысяч морских миль (18500 км), находилась в суровом штормящем море 133 дня (с ноября 2013 года по июль 2014 года) и успешно завершила свой вояж.

Когда яхта прибыла во Францию, структурные элементы Fipofix находились в отличном рабочем состоянии и не имели существенных повреждений, что доказывает великолепные свойства композиционного материала из базальтового волокна.

В настоящее время растет спрос на базальтовое волокно для использования в различных отраслях промышленности. Этот материал превосходят другие виды волокон по различным показателям. Базальтовое волокно и композиционные материалы на его основе обладают потенциальным преимуществом по сравнению с волоконными и традиционными материалами, в том числе и для судостроения.

Но для успешного внедрения базальтовых волокон в качестве армирующих материалов для композитного судостроения необходимо вписать их в сложившиеся проектно-технологический и эксплуатационный комплексы судостроительных задач.

Применение базальтовых волокон в качестве армирующих материалов для судостроения потребует их сертификации в соответствии с нормативными документами отечественных классификационных обществ.

Спасибо

за внимание!